一种柔性材料轨迹加工方法和装置与流程

本发明实施例涉及材料加工技术，尤其涉及一种柔性材料轨迹加工方法和装置。

背景技术：

近年来，随着数控技术的快速发展，应用于柔性材料轨迹加工的切割装备的自动化水平以及生产效率有了很大提升。

目前用于柔性材料切割的设备主要分为两类，一类是刀片式切割设备，另一类是激光切割设备。激光切割设备是最早在柔性材料行业开始应用的切割设备，具有切割效率高，运动控制简单、造价低等优点。但激光切割设备存在浅色材料容易烧焦、气味不环保、切割深度无法控制、能耗高、无法切割伸缩性较强的材料和纸质材料等诸多问题，因此并没有在行业内得到普及应用。刀片式切割设备则完全可以避免激光切割设备的缺点，具备适应面广、切割品质优良、能耗低、环保等特点，已经逐步在各行各业得到推广应用。

柔性材料数控切割机采用切向跟随技术进行轨迹加工，该技术利用切向跟随插补算法，在加工时保证裁刀刃口和裁割的运动方向相同，即加工曲线轮廓的切线方向一致。该方法在对简单轨迹加工、加工精度、速度要求不高的场合能满足品质要求，但在复杂轨迹加工、高速、高精度场合加工时不能达到预期要求。主要体现在随着实际应用中加工路径的日趋复杂,加工路径越来越短。在连续加工线段的连接处，由于曲率的不连续性，导致刀具的进料速度波动和振荡加速，造成伺服电机频繁启停,进而加大冲击与振动,降低加工效率和质量。

技术实现要素：

本发明提供一种柔性材料轨迹加工方法和装置，在满足加工精度的基础上，通过合理规划加工线段连接处的给进速度来保证加工速度的平稳性，从而有效的提高加工速度，减小加工过程中的振动，达到提升加工效率和品质的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种柔性材料轨迹加工方法，包括：

获取CAD加工轨迹信息，并根据所述加工轨迹信息得到路径信息；

对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息；

根据所述路径信息和所述速度信息进行路径判断，将线性路径进行线性插补算法处理，将曲线路径进行曲线插补算法处理，并输出处理结果。

优选的是，根据所述加工轨迹信息得到路径信息包括：

将所述加工轨迹信息分为线性加工段和参数曲线加工段；

对所述参数曲线加工段进行B样条曲线拟合处理；

计算所述线性加工段和参数曲线加工段的长度信息及连接点的夹角信息，并将所述长度信息和夹角信息进行存储。

优选的是，所述线性加工段和所述参数曲线加工段为相互独立的加工路径，其中，所述线性加工段和所述参数曲线加工段的起点和终点的加工速度均为0。

优选的是，对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息包括：

分别计算所述路径信息中的加工段的连接点的正向速度曲线和反向速度曲线，取所述正向速度曲线和所述反向速度曲线中的速度值中的最小值作为连接点的速度曲线，其中，所述正向速度曲线的计算方式包括：

以加工段的起点为初始点，以预设加速度向所述加工段的终点加速，以所述路径信息和加工机床的自身参数为约束，取满足所述约束条件下的最大速度值为所述连接点的进给速度，得到正向速度曲线；

其中，所述反向速度曲线的计算方式包括：

以加工段的终点为初始点，以预设减速度向所述加工段的起点加速，以所述路径信息和加工机床的自身参数为约束，取满足所述约束条件下的最大速度值为所述连接点的进给速度，得到反向速度曲线。

优选的是，还包括：

在对当前加工段进行处理时，根据所述路径信息和所述速度信息对所述当前加工段中的加工点到终点的路径进行前瞻，在连接点之间执行切向跟随插补法。

第二方面，本发明实施例还提供了一种柔性材料轨迹加工装置，包括：

路径处理模块，用于获取CAD加工轨迹信息，并根据所述加工轨迹信息得到路径信息；

速度计算模块，用于对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息；

路径选择模块，用于根据所述路径信息和所述速度信息进行路径判断，将线性路径进行线性插补算法处理，将曲线路径进行曲线插补算法处理，并输出处理结果。

本发明通过获取CAD加工轨迹信息，并根据所述加工轨迹信息得到路径信息，对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息，根据所述路径信息和所述速度信息进行路径判断，将线性路径进行线性插补算法处理，将曲线路径进行曲线插补算法处理，并输出处理结果，解决了在连续加工线段的连接处，由于曲率的不连续性，导致刀具的进料速度波动和振荡加速，造成伺服电机频繁启停,进而加大冲击与振动,降低加工效率和质量的问题，在满足加工精度的基础上，通过合理规划加工线段连接处的进给速度来保证加工速度的平稳性，从而有效的提高加工速度，减小加工过程中的振动，达到提升加工效率和品质的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的柔性材料轨迹加工方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的根据加工轨迹信息得到路径信息的流程图；

图3为本发明实施例二提供的柔性材料轨迹加工装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的柔性材料轨迹加工方法的流程图，本实施例可适用于工厂对柔性材料进行加工的情况，该方法可以由具备计算功能的设备来执行，具体包括如下步骤：

步骤101、获取CAD加工轨迹信息，并根据所述加工轨迹信息得到路径信息。其中，CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)加工轨迹信息和通过CAD的加工图获取，根据该CAD加工轨迹即可得到加工时的具体路径信息。示例性的，如图2所示，图2为本发明实施例一提供的根据加工轨迹信息得到路径信息的流程图，包括：步骤201、将所述加工轨迹信息分为线性加工段和参数曲线加工段；步骤202、对所述参数曲线加工段进行B样条曲线拟合处理；步骤203、计算所述线性加工段和参数曲线加工段的长度信息及连接点的夹角信息，并将所述长度信息和夹角信息进行存储。

步骤102、对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息。示例性的，分别计算所述路径信息中的加工段的连接点的正向速度曲线和反向速度曲线，取所述正向速度曲线和所述反向速度曲线中的速度值中的最小值作为连接点的速度曲线，其中，所述正向速度曲线的计算方式包括：以加工段的起点为初始点，以预设加速度(该预设加速度根据柔性材料材质，刀具材质，表面要求来定，然后再实际加工中适应性修改)向所述加工段的终点加速，以所述路径信息(示例性的，如具体的路径走向、路径长短、路径转弯程度即路径加工限速等)和加工机床的自身参数(通常标注在机器上或由该型号机床说明书得出)为约束，取满足所述约束条件下的最大速度值为所述连接点的进给速度，得到正向速度曲线；其中，所述反向速度曲线的计算方式包括：以加工段的终点为初始点，以预设减速度(该预设减速度根据柔性材料材质，刀具材质，表面要求来定，然后再实际加工中适应性修改)向所述加工段的起点加速，以所述路径信息和加工机床的自身参数为约束，取满足所述约束条件下的最大速度值为所述连接点的进给速度，得到反向速度曲线。

步骤103、根据所述路径信息和所述速度信息进行路径判断，将线性路径进行线性插补算法处理，将曲线路径进行曲线插补算法处理，并输出处理结果。

由于在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线，计算设备根据路径信息和速度信息，将加工段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而得到要求的轮廓轨迹，这种“数据密化”即为插补算法。示例性的，该输出结果输出保存至加工系统控制处理模块。

本实施例的技术方案，通过获取CAD加工轨迹信息，并根据所述加工轨迹信息得到路径信息，对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息，根据所述路径信息和所述速度信息进行路径判断，将线性路径进行线性插补算法处理，将曲线路径进行曲线插补算法处理，并输出处理结果，解决了在连续加工线段的连接处，由于曲率的不连续性，导致刀具的进料速度波动和振荡加速，造成伺服电机频繁启停,进而加大冲击与振动,降低加工效率和质量的问题，在满足加工精度的基础上，通过合理规划加工线段连接处的进给速度来保证加工速度的平稳性，从而有效的提高加工速度，减小加工过程中的振动，达到提升加工效率和品质的目的。

在上述技术方案的基础上，所述线性加工段和所述参数曲线加工段为相互独立的加工路径，其中，所述线性加工段和所述参数曲线加工段的起点和终点的加工速度均为0。

在上述技术方案的基础上，还包括：在对当前加工段进行处理时，根据所述路径信息和所述速度信息对所述当前加工段中的加工点到终点的路径进行前瞻，在连接点之间执行切向跟随插补法。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的柔性材料轨迹加工装置的结构图，如图所示具体包括：

路径处理模块(1)，用于获取CAD加工轨迹信息，并根据所述加工轨迹信息得到路径信息；示例性的，通过CAD加工图形信息(4)得到CAD加工轨迹信息。

速度计算模块(2)，用于对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息。

路径选择模块(3)，用于根据所述路径信息和所述速度信息进行路径判断，将线性路径进行线性插补算法处理，将曲线路径进行曲线插补算法处理，并输出处理结果。具体的，通过路径判断单元(31)对路径进行判断，若为线性线段则通过线性插补算法执行单元(32)处理，若为B样曲线则通过曲线插补算法执行单元(33)处理。示例性的，将该处理结果输出至加工系统控制处理模块(5)。

本实施例的技术方案，通过获取CAD加工轨迹信息，并根据所述加工轨迹信息得到路径信息，对所述路径信息中的加工段的连接点的加工速度进行计算，得到所述连接点的速度信息，根据所述路径信息和所述速度信息进行路径判断，将线性路径进行线性插补算法处理，将曲线路径进行曲线插补算法处理，并输出处理结果，解决了在连续加工线段的连接处，由于曲率的不连续性，导致刀具的进料速度波动和振荡加速，造成伺服电机频繁启停,进而加大冲击与振动,降低加工效率和质量的问题，在满足加工精度的基础上，通过合理规划加工线段连接处的进给速度来保证加工速度的平稳性，从而有效的提高加工速度，减小加工过程中的振动，达到提升加工效率和品质的目的。

在上述技术方案的基础上，所述路径处理模块(1)包括：

路径分类处理单元(11)，用于将所述加工轨迹信息分为线性加工段和参数曲线加工段；

曲线拟合处理单元(12)，用于对所述参数曲线加工段进行B样条曲线拟合处理；

路径信息计算单元(13)，用于计算所述线性加工段和参数曲线加工段的长度信息及连接点的夹角信息，并将所述长度信息和夹角信息进行存储。示例性的，存储在路径信息存储单元(14)中。

在上述技术方案的基础上，所述线性加工段和所述参数曲线加工段为相互独立的加工路径，其中，所述线性加工段和所述参数曲线加工段的起点和终点的加工速度均为0。

在上述技术方案的基础上，所述速度计算模块(2)具体用于：

分别计算所述路径信息中的加工段的连接点的正向速度曲线和反向速度曲线，取所述正向速度曲线和所述反向速度曲线中的速度值中的最小值作为连接点的速度曲线，其中，所述速度计算模块包括：

前向速度计算单元(21)，用于以加工段的起点为初始点，以预设加速度向所述加工段的终点加速，以所述路径信息和加工机床的自身参数为约束，取满足所述约束条件下的最大速度值为所述连接点的进给速度，得到正向速度曲线；

后向速度计算单元(22)，用于以加工段的终点为初始点，以预设减速度向所述加工段的起点加速，以所述路径信息和加工机床的自身参数为约束，取满足所述约束条件下的最大速度值为所述连接点的进给速度，得到反向速度曲线；

速度信息存储单元(23)，用于存储所述正向速度曲线和所述反向速度曲线。

在上述技术方案的基础上，所述路径选择模块(3)还用于：

在对当前加工段进行处理时，根据所述路径信息和所述速度信息对所述当前加工段中的加工点到终点的路径进行前瞻，在连接点之间执行切向跟随插补法。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。